1 Einleitung - Anwendungsprogrammierung mit JDBC

1 Einleitung
1.1
Die Programmierschnittstelle JDBC
Java DataBase Connectivity bzw. JDBCTM bezeichnet eine Programmierschnittstelle (Application Programming Interface oder API), über die man in
Java-Programmen Informationen aus Datenbanksystemen verarbeiten, d.h.
suchen, anzeigen, erzeugen und verändern kann. Für die Formulierung entsprechender Anweisungen an das Datenbanksystem wird gewöhnlich die standardisierte Datenbanksprache SQL verwendet. JDBC setzt damit auf einer recht tiefen sprachlichen Ebene an und hat dementsprechend schlichte Fähigkeiten im
Vergleich zu den meist sehr anspruchsvollen Datenbankentwicklungswerkzeugen. Deshalb wird JDBC auch als „low-level“ oder „call level“ SQL-Schnittstelle für die Java-Plattform bezeichnet.
JDBC besteht aus zwei Komponenten:
1. aus Datenbanktreibern, die den Anschluß von Java-Anwendungen an
Datenbanksysteme wie DB/2, Oracle, MS ACCESS oder MiniSQL ermöglichen, und
2. aus dem Paket java.sql, bestehend aus einem Manager für diese Treiber,
Interfaces als Schnittstellen zu den Treibern sowie Hilfsklassen für Datum,
Uhrzeit und gültige JDBC-Typen.
Die Treiber sind datenbank- und herstellerabhängige Java-Klassen, die sich
dem Anwender aber als Implementierungen von JDBC-Interfaces einheitlich
präsentieren. Sie dienen dem Zweck, Java-Programmen herstellerneutrale, also
von der speziellen Datenbank weitgehend unabhängige Programmierschnittstellen (APIs) anzubieten. Demgemäß sind alle JDBC-Treiber Implementierungen
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1 Einleitung
der Interfaces des Pakets java.sql (Connection, Statement, ResultSet
etc.). Auch die Treiber selbst sind zu Paketen geschnürt, beispielsweise der dem
JDK 1.1 beiliegende ODBC-Treiber zum Paket (Package) sun.jdbc.odbc.
Neben den Schnittstellenfestlegungen verfügt java.sql noch über einen Treibermanager, mit dem Treiberobjekte verwaltet werden können. Objekte von
JDBC-konformen Treiberklassen registrieren sich beim Treibermanager des
Java-Programms stets selbst. Jede JDBC-Applikation hat genau einen solchen
Treibermanager (auch dann, wenn der Manager umgangen und, was ohne weiteres möglich ist, direkt mit den Treibern gearbeitet wird). Der Treibermanager
verwaltet lediglich die Treiberobjekte selbst, nicht deren Verbindungen zu
Datenbanksystemen. Wird er verwendet, so werden über ihn zwar die Verbindungen zu den Datenbanken hergestellt, die darauf folgenden Datenbankanfragen werden aber direkt über die Treiber abgewickelt. (Dabei werden als Typen
die JDBC-Interfaces und nicht die von Treiber zu Treiber variierenden Treiberklassen verwendet, also etwa ResultSet statt z.B. OdbcJdbcResultSet oder
MsqlResultSet.)
Zusammenfassend ergibt sich daraus etwa eine Struktur wie in Abbildung 1-1
veranschaulicht:
Java Applikation
(1)
JDBC Driver
Manager
(2)
(3)
JDBC
Treiber 1
JDBC
Treiber 2
...
JDBC
Treiber n
Herstellerspezifisches Datenbankzugriffsprotokoll
Datenbanken
Abbildung 1-1: JDBC-Schichten
Gezeigt sind beispielhaft (1) die Registrierung eines Treiberobjektes, (2) die
Verbindungsaufnahme mit einer Datenbank über den Treibermanager und
(3) die Abwicklung der Datenbankmanipulationen über den Treiber direkt, d.h.
über das Objekt vom Typ Connection, das bei der Verbindungsaufnahme erzeugt wurde.
1.2 JDBC-Konformität
1.2
11
JDBC-Konformität
Treiber können sich dann als JDBC COMPLIANT, d.h. JDBC-konform
bezeichnen, wenn sie SUNs Konformitätstest bestehen und damit u.a. minde*
stens dem sog. ANSI/ISO SQL/92 Entry Level genügen. JDBC-Konformität
garantiert also einen kleinsten gemeinsamen funktionellen Nenner. JDBC-konforme Treiber in einer JDBC-Anwendung sollten demnach ohne sonstige CodeÄnderungen austauschbar sein, d.h. ein Wechsel von einem DBMS zu einem
anderen sollte bei konformen Treibern allenfalls minimalen Aufwand verursachen.
Die Treiber selbst geben Auskunft darüber, ob sie JDBC-konform sind oder
nicht. Wie diese Information in einem Java-Programm erfragt werden kann,
wird im folgenden Beispiel für drei unterschiedliche Treiber gezeigt (zwei
davon, der ODBC/Access- und der Oracle-Treiber, sind konform und antworten
mit true, der dritte, für MiniSQL, ist es nicht und liefert entsprechend false).
Programm 1-1: JDBC-Konformität
// Programm 1-1: ./Einfuehrung/JdbcKonform.java
public class JdbcKonform {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("ODBC
" + (new
sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver()).jdbcCompliant());
System.out.println("MiniSQL " + (new
com.imaginary.sql.msql.MsqlDriver()).jdbcCompliant());
System.out.println("Oracle8 " + (new
oracle.jdbc.driver.OracleDriver()).jdbcCompliant());
}
}
// Ende class JdbcKonform
Die Klasse OdbcJdbcDriver ist Bestandteil des JDK 1.1, MsqlDriver ist der
Treiber für den SQL-Server MiniSQL der Firma Hughes Technologies, und der
Treiber Oracle Driver der Firma Oracle ist zuständig für Oracle-Datenbanken.
JDBC ist Grundlage und Rahmen sowohl für die Programmierung von Datenbankanwendungen als auch für die Entwicklung von Datenbanktreibern (zur
Unterstützung von letzterem stellt SUN zusätzlich zu den APIs noch den bereits
erwähnten Konformitätstest bereit). Das Schwergewicht liegt in diesem Buch
auf ersterem, nämlich der Anwendungsprogrammierung mit JDBC.
*
ANSI: American National Standards Institute
ISO: International Organization of Standardization
12
1 Einleitung
JDBC-Konformität garantiert, daß ein Treiber eine definierte Mindestleistung
anbietet. Darüber hinaus kann der Treiber aber nach Belieben zusätzliche
Eigenschaften haben, die der Anwender über Objekte des Typs DatabaseMeta
Data bei dem Treiber erfragen kann. So kann beipielsweise festgestellt werden,
in welcher Stufung er ANSI/ISO SQL/92 unterstützt, was im folgenden JavaProgramm gezeigt wird.
Als erstes wird die Klasse sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver geladen. Sie
ist Bestandteil des JDK 1.1 und zusammen mit den Standard-Klassenbibliotheken in der Datei classes.zip enthalten (rt.jar bei Java 2). Beim Laden
registriert sich der Treiber in einem Treibermanager, und mittels dieses Treibermanagers wird die Verbindung zur Datenbank Kurse hergestellt. Danach werden Metadaten der Datenbank erfragt.
Programm 1-2: ANSI-Stufe von MS Access
// Programm 1-2: ./Einfuehrung/AnsiStufeAccess.java
import java.sql.*;
public class AnsiStufeAccess {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class.forName("sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver");
Connection c =
DriverManager.getConnection("jdbc:odbc:Kurse");
DatabaseMetaData meta = c.getMetaData();
System.out.println(meta.getDatabaseProductName() + " "
+ meta.getDatabaseProductVersion() );
System.out.println("Entry Level "
+ meta.supportsANSI92EntryLevelSQL());
System.out.println("Intermediate "
+ meta.supportsANSI92IntermediateSQL());
System.out.println("Full Level
"
+ meta.supportsANSI92FullSQL());
}
}
// Ende class AnsiStufeAccess
Die Antworten der dem Beispiel zugrundeliegenden MS Access-Datenbank
sind
ACCESS 3.5 Jet
Entry Level true
Intermediate false
false
Full Level
d.h. der ANSI SQL/92 Entry Level wird unterstützt, die höheren Stufen dagegen nicht.
Ein ähnliches Programm folgt für die Überprüfung des Oracle8-DBMS. An
Stelle des ODBC-Treibers für die Access-Datenbank wird nun der passende
1.2 JDBC-Konformität
13
Treiber für die Oracle-Datenbank geladen (oracle.jdbc.driver.Oracle
Driver). Dazu muß der Klassenpfad classpath auf das Treiberpaket eingestellt sein (siehe auch Abschnitt 4.3.2). Mittels dieses Treibers wird über das
Internet eine Verbindung zur Datenbank orcl auf dem Datenbankserver
localhost hergestellt. localhost ist sozusagen das this-Objekt im Internet, d.h. der Server befindet sich auf dem gleichen Computer wie das Clientprogramm AnsiStufeOracle.
Programm 1-3: ANSI-Stufe von Oracle8 Personal Edition
// Programm 1-3: ./Einfuehrung/AnsiStufeOracle.java
import java.sql.*;
public class AnsiStufeOracle {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class.forName("oracle.jdbc.driver.OracleDriver");
Connection c = DriverManager.getConnection(
"jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:orcl",
"Kurse","Oracle");
DatabaseMetaData meta = c.getMetaData();
System.out.println(meta.getDatabaseProductName() + " "
+ meta.getDatabaseProductVersion() );
System.out.println("Entry Level "
+ meta.supportsANSI92EntryLevelSQL());
}
}
// Ende class AnsiStufeOracle
Die Anwort ist überraschenderweise, daß keine der ANSI-Stufen von SQL
unterstützt wird, auch nicht die Eingangsstufe, obwohl Oracle im Programm 1-1
(JdbcKonform) JDBC-Konformität in Anspruch nimmt:
Oracle Oracle8 Personal Edition Release 8.0.4.0.0
PL/SQL Release 8.0.4.0.0
Entry Level false
Anders als bei der Überprüfung der Konformität genügt es nicht, einen Treiber
zu instanziieren und diesen direkt abzufragen. Denn hinter ODBC- bzw. JDBCTreibern (vgl. Abschnitt 4.6) können sich die unterschiedlichsten Datenbanken
verbergen. Konsequenterweise muß erst eine Verbindung zur konkreten Datenbank hergestellt sein, bevor dann über ein DatabaseMetaData-Objekt die
sogenannten Metadaten des Datenbanksystems, so z.B. die ANSI-Stufen, festgestellt werden können.
14
1 Einleitung
1.3
Das JDBC-Umfeld
Das JDBC-Umfeld ist bestimmt durch verteilte relationale Datenbanksysteme,
d.h. ein erfolgreicher Umgang mit JDBC erfordert die Kenntnis eines reichhaltigen Sortiments unterschiedlicher Methoden, die überwiegend gar nicht oder
nur am Rande unmittelbar mit Java zusammenhängen. Denn JDBC baut auf
relationalen Datenbanksystemen auf, spricht deren Sprache SQL (ohne sie
selbst zu verstehen) und agiert in verteilten Umgebungen. Diese Situation ist im
folgenden Bild symbolisiert.
-DYD
'DWHQEDQNHQ
64/
-'%&
&OLHQW6HUYHU
Abbildung 1-2: Das JDBC-Umfeld
Erfolgreiches Programmieren mit den JDBC-APIs setzt also Kenntnisse über
ein recht breites Methodenspektum voraus:
•
Relationale Datenbanken: Relationen/Tabellen, Operationen auf Tabellen
und Datenmodellierung
•
Recherchieren sowie Erzeugen, Löschen und Pflegen von Daten in relationalen Datenbanken: SQL
•
Verteilte Anwendungen: Client/Server, Client/Server-Ebenen, Internet/
Intranet
Mittels Streifzügen durch all diese Themen wird das erforderliche Instrumentarium für erfolgreiches Programmieren mit JDBC erarbeitet. Dabei wird der
Bezug zu Java und JDBC nie gänzlich außer Sichtweite geraten.
1.4
Grundstruktur von JDBC-Anwendungen
Um möglichst von Anfang an Sachverhalte mit Java/JDBC-Beispielprogrammen zu illustrieren, wird bereits hier eine knappe Einführung in JDBC gegeben.
Das geschieht anhand des Programms FuenfSchritte, das zugleich auch
Muster für die meisten Beispiele in den Folgekapiteln ist.
1.4 Grundstruktur von JDBC-Anwendungen
15
In jeder JDBC-Anwendung sind in der Regel die folgenden fünf Schritte
erkennbar:
1. einen Treiber registrieren,
2. über den Treiber das Programm mit der Datenbank verbinden,
3. ein SQL-Anweisungsobjekt erzeugen,
4. eine Anweisung ausführen und
5. das Resultat der Anweisung verarbeiten, z.B. anzeigen.
Als weitere Schritte dürfen das Schließen offener Datenbankverbindungen und
das Deregistrieren von Treibern nicht übersehen werden, auch wenn sie eine
eher untergeordnete Rolle spielen.
Die Schritte 1 und 2 werden oft nur ein einziges Mal beim Programmstart ausgeführt, während die folgenden Schritte 3, 4 und 5 sich so oft wiederholen, wie
es das Anwendungsprogramm erfordert. Dazu ein einfaches Beispiel (die
Schritte sind durch die vorangestellten Nummern gekennzeichnet und entsprechen den aufgeführten Typen):
Programm 1-4: Phasen der JDBC-Programmierung
// Programm 1-4: ./Einfuehrung/FuenfSchritte.java
import java.sql.*;
public class FuenfSchritte {
public static void main(String[] args) throws Exception {
1
Class.forName("sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver");
2
Connection c =
DriverManager.getConnection("jdbc:odbc:Kurse",
"gast" ,"");
3
Statement s = c.createStatement();
ResultSet r = s.executeQuery(
4
"SELECT * FROM Personen WHERE nachname LIKE 'K%'");
while(r.next()) {
System.out.println(r.getString("vorname") + " " +
r.getString("nachname"));
}
5
c.close();
}
}
// Ende class FuenfSchritte
16
1 Einleitung
Die Programmschritte im einzelnen:
1. Mit Class.forName() wird die Klasse JdbcOdbcDriver aus dem Paket
sun.jdbc.odbc geladen, instanziiert und die Instanz im Treibermanager
registriert. Jedes JDBC-Programm hat genau ein statisches Treiberregister
(vgl. Abschnitt 4.2.1), das mit dem Laden des Treibers angelegt wird.
2. Die Verbindung mit einer Datenbank wird mit getConnection() mittels
des Treibermanagers über einen String hergestellt, der Ähnlichkeit mit der
Syntax einer URL hat (mailto:[email protected], http://www.jugs.org etc.)
und deshalb auch JDBC-URL heißt: jdbc:odbc:Kurse. Die danach folgende Nutzerkennung "gast" und das Paßwort "" (leerer String) dienen
der Anmeldung bei dem DBMS, das die Tabellen der Datenbank Kurse zur
Bearbeitung freigeben soll. Das Resultat ist ein Objekt vom Typ Connection. Danach spielt der Treibermanager keine Rolle mehr.
Da die Verbindungsaufnahme zu einer Datenbank ein sehr zeitintensiver
Vorgang ist, sollte eine Verbindung in der Regel so lange aufrechterhalten
werden, bis sie definitiv nicht mehr benötigt wird. Die bestehenden Verbindungen muß der Anwender selbst unter Kontrolle halten.
3. Durch Aufruf der Methode createStatement() wird ein Objekt vom
Typ Statement zur Anwendung an der Datenbank Kurse erzeugt.
4. Sodann wird mit Hilfe dieses Statement-Objektes eine SELECT-SQLAnweisung auf die Datenbank angewendet. Die Ausführung der SQLAnweisung erfolgt mittels der Methode executeQuery() im StatementObjekt s. Dabei werden mit der SQL-Anweisung
SELECT * FROM Personen WHERE nachname LIKE 'K%'
in der Tabelle Personen alle Zeilen ausgewählt, in denen nachname mit
einem K beginnt ('K%', mit % als Jokerzeichen für den dem K evtl. noch
folgenden Zeichenkettenrest). Die executeQuery()-Methode gibt eine
entsprechende Tabelle als sog. ResultSet zurück. Sie hat die gleichen
Spaltennamen wie die Tabelle Personen, in der Regel allerdings mit reduzierter Zeilenzahl. (Die Spaltenzahl ließe sich dadurch reduzieren, daß an
Stelle des Zeichens *, das stellvertretend für alle Spalten steht, z.B. die
Spaltenliste vorname, nachname verwendet würde.)
5. In der while-Schleife werden mit der „Cursor“-Methode next() nacheinander die Tabellenzeilen der Ergebnistabelle (ResultSet) eingelesen
und aus den Zeilen jeweils vorname und nachname extrahiert (getString("spaltenName")) und ausgedruckt.
Mit dem ResultSet-Objekt (Ziffer 4) wird ein Cursor erzeugt, der nach
dem ersten next()-Aufruf auf die erste Zeile der Ergebnistabelle weist,
1.4 Grundstruktur von JDBC-Anwendungen
17
sofern die Tabelle nicht leer ist. Der Cursor wird mit jedem Aufruf von
next() um eine Zeile weiterbewegt, bis das Tabellenende erreicht ist. Es
gibt in JDBC Version 1.2 keine Funktionen, um den Cursor eine Zeile
zurück, drei Zeilen nach vorn oder ganz an den Anfang bzw. das Ende der
Tabelle zu stellen (zu JDBC Version 2.0 siehe Abschnitt 7.1).
Vor Abschluß des Programms sollten noch die Datenbankressourcen freigegeben, d.h. die Verbindung geschlossen werden (c.close()). Dieser Schritt
kann aber auch der virtuellen Maschine überlassen werden, die beim Beenden
eines Programms automatisch die Ressourcenfreigabe bewirkt.
Zur Fehlervermeidung sollten drei Regeln frühzeitig verinnerlicht werden:
•
Zu jedem Statement-Objekt gibt es höchstens ein gültiges ResultSetObjekt.
•
Auf ein Datenelement in einer Zeile eines ResultSet kann höchstens einmal zugegriffen werden (z.B. mit getString("vorname")). Außerdem
ist es ratsam, eine ResultSet-Zeile grundsätzlich von links nach rechts
einzulesen.
•
In der Version 1.2 von JDBC sind die Zeilen einer Tabelle nur in einer
Richtung durchschreitbar, und zwar vorwärts (next()).